一種高壓電池組測試系統的製作方法
2023-10-19 17:05:42 1
專利名稱：一種高壓電池組測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓電池組測試系統。
背景技術：
電池組測試設備的功能主要是對電池進行充放電測試,其中如何快速安全的充放電是測試設備設計中很重要的關節，尤其對高壓大功率的電池組測試，更是對測試設備的精確性、安全性要求更高。不僅如此，電池組測試數據的傳輸的實時性、準確性也至關重要。 因此，高壓電池組測試系統的關鍵在於充放電控制和通訊質量。目前，對電池進行恆流恆壓充電已經作為常用的充電方式被業界所接受，但是現有的恆壓充電實現方式主要有兩類軟體控制恆壓、硬體控制恆壓。軟體恆壓一般通過單片機軟體處理的方式進行恆壓，這種方式易受晶振、電壓採集晶片、程序BUG等因素的影響， 無法及時有效的保護電池和測試設備。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種安全性好的高壓電池組測試系統。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種高壓電池組測試系統，包括 CPU模塊、放電控制模塊、充電控制模塊、放電功率電路、充電功率電路、功率電源和單體電壓採集模塊，電池組通過單體電壓採集模塊與所述的CPU模塊連接，電池組與放電功率電路連接，電池組與充電功率電路連接，CPU模塊通過功率電源與充電功率電路連接，所述的放電功率電路與所述的放電控制模塊連接，所述的充電功率電路與所述的充電控制模塊連接，放電控制模塊與CPU模塊連接，充電控制模塊與所述的CPU模塊連接。所述的CPU模塊與上位機連接。所述的CPU模塊與溫度採集模塊連接。所述的CPU模塊通過充電隔離接口與充電控制模塊連接，所述的CPU模塊通過放電隔離接口與放電控制模塊連接，所述的CPU模塊通過功率電源隔離接口與功率電源連接，單體電壓採集模塊通過CAN收發器與CPU模塊連接，溫度採集模塊通過所述的CAN收發器與CPU模塊連接，所述的CPU模塊通過485模塊或乙太網控制器與上位機連接，所述的 CPU模塊連接設置有實時時鐘，所述的CPU模塊連接設置有EEPR0M，所述的CPU模塊連接設置有開關量輸入模塊，所述的CPU模塊連接設置有控制開關。所述的充電控制模塊包括充電電流A/D採集模塊、充電控制D/A模塊和充電控制電路，充電功率電路通過充電電流A/D採集模塊與充電隔離接口連接，充電功率電路與充電控制電路連接，充電隔離接口通過充電控制D/A模塊與充電控制電路連接。所述的放電控制模塊包括電壓A/D採集模塊、放電電流A/D採集模塊、放電控制D/ A模塊、放電控制電路、保護電路，放電功率電路通過電壓A/D採集模塊與放電隔離接口連接，放電功率電路通過放電電流A/D採集模塊與放電隔離接口連接，放電功率電路與放電控制電路連接，放電功率電路與保護電路連接，放電隔離接口通過放電控制D/A模塊與放電控制電路連接。所述的充電控制電路包括型號為AD834的第一乘法器、型號為0P07的第一運算放大器、型號為0P07的第二運算放大器、型號為0P07的第三運算放大器和型號為0P07的第四運算放大器，第一乘法器的第五引腳通過第二十電阻與第四運算放大器的第三引腳連接，第一乘法器的第四引腳通過第二十四電阻與第四運算放大器的第二引腳連接，第四運算放大器的第六引腳通過第二十三電阻與第三運算放大器的第二引腳連接，第三運算放大器的第二引腳與第六引腳之間設置有第二電容，第三運算放大器的第六引腳通過第九電阻與第二二極體的負極連接，第二二極體的正極接充電功率電路，第二運算放大器的第二引腳與第六引腳連接，第二運算放大器的第六引腳通過第八電阻接充電功率電路，第一運算放大器的第二引腳通過第一電容與第一運算放大器的第六引腳連接，第一運算放大器的第六引腳與第一二極體的負極連接，第一二極體的正極通過第四電阻接充電功率電路；
所述的放電控制電路包括型號為AD834的第二乘法器、型號為0P07的第五運算放大器、型號為0P07的第六運算放大器和型號為0P07的第七運算放大器，第二乘法器的第五引腳通過第十四電阻與第七運算放大器的第三引腳連接，第二乘法器的第四引腳通過第十八電阻與第七運算放大器的第二引腳連接，第七運算放大器的第六引腳通過第十七電阻與第六運算放大器的第二引腳連接，第六運算放大器的第六引腳通過第七電阻與第三二極體的負極連接，第三二極體的正極與放電功率電路連接，第五運算放大器的第二引腳與第六引腳連接，第五運算放大器的第六引腳通過第五電阻與放電功率電路連接。與現有技術相比，本發明的優點在於本系統是以單片機為核心處理元件，通過採集電池組的單體電壓、總電壓、溫度、充電電流、放電電流等信息，計算電池組的充放電時間、容量、能量等，並通過乙太網、RS485總線將數據發送到上位機。由微型計算機構成的上位機監控系統，實時顯示並記錄接收到的測試數據，對數據進行分析，監控測試系統工作狀態。另外，根據測試需求，在上位機上編輯測試方案，並下載到EEPR0M，單片機根據測試方案控制充/放電電流、電壓以及充/放電功率。在充電時若CPU模塊或數據採集元件發生意外故障，本發明的充電控制電路可保證當電池電壓達到設置電壓後，自動轉入到恆壓充電狀態，保證電池和測試設備的安全。
圖I為本發明的結構框圖2為本發明的CPU模塊的結構框圖3為本發明的充電控制模塊的結構框圖4為本發明的放電控制模塊的結構框圖5為本發明的充電控制電路原理圖6為本發明的放電控制電路原理圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。一種高壓電池組測試系統，包括CPU模塊I、放電控制模塊2、充電控制模塊3、放電功率電路4、充電功率電路5、功率電源6和單體電壓採集模塊7，電池組8通過單體電壓採集模塊7與CPU模塊I連接，電池組8與放電功率電路4連接，電池組8與充電功率電路 5連接，CPU模塊I通過功率電源6與充電功率電路5連接，放電功率電路4與放電控制模塊2連接，充電功率電路5與充電控制模塊3連接，放電控制模塊2與CPU模塊I連接，充電控制模塊3與CPU模塊I連接。CPU模塊I與上位機9連接。CPU模塊I與溫度採集模塊10連接。CPU模塊I通過充電隔離接口 11與充電控制模塊3連接，CPU模塊I通過放電隔離接口 12與放電控制模塊2連接，CPU模塊I通過功率電源隔離接口 13與功率電源6連接，單體電壓採集模塊7通過CAN收發器14與CPU模塊I連接，溫度採集模塊10通過CAN 收發器14與CPU模塊I連接，CPU模塊I通過485模塊15或乙太網控制器16與上位機9 連接，CPU模塊I連接設置有實時時鐘17，CPU模塊I連接設置有EEPR0M18，CPU模塊I連接設置有開關量輸入模塊19，CPU模塊I連接設置有控制開關20。充電控制模塊3包括充電電流AD採集模塊21、充電控制D/A模塊22和充電控制電路23，充電功率電路5通過充電電流AD採集模塊21與充電隔離接口 11連接，充電功率電路5與充電控制電路23連接，充電隔離接口 11通過充電控制D/A模塊22與充電控制電路23連接。放電控制模塊2包括電壓A/D採集模塊24、放電電流A/D採集模塊25、放電控制 D/A模塊26、放電控制電路27、保護電路28，放電功率電路4通過電壓A/D採集模塊24與放電隔離接口 12連接，放電功率電路4通過放電電流A/D採集模塊25與放電隔離接口 12 連接，放電功率電路4與放電控制電路27連接，放電功率電路4與保護電路28連接，放電隔離接口 12通過放電控制D/A模塊26與放電控制電路27連接。充電控制電路23包括型號為AD834的第一乘法器U5、型號為0P07的第一運算放大器U1、型號為0P07的第二運算放大器U2、型號為0P07的第三運算放大器U3和型號為 0P07的第四運算放大器U4，第一乘法器U5的第五引腳通過第二十電阻R20與第四運算放大器U4的第三引腳連接，第一乘法器U5的第四引腳通過第二十四電阻R21與第四運算放大器U4的第二引腳連接，第四運算放大器U4的第六引腳通過第二十三電阻R23與第三運算放大器U3的第二引腳連接，第三運算放大器U3的第二引腳與第六引腳之間設置有第二電容E2，第三運算放大器U3的第六引腳通過第九電阻R9與第二二極體D2的負極連接，第二二極體D2的正極接充電功率電路5，第二運算放大器U2的第二引腳與第六引腳連接，第二運算放大器U2的第六引腳通過第八電阻R8接充電功率電路5，第一運算放大器Ul的第二引腳通過第一電容El與第一運算放大器Ul的第六引腳連接，第一運算放大器Ul的第六引腳與第一二極體Dl的負極連接，第一二極體Dl的正極通過第四電阻R4接充電功率電路 5 ；
放電控制電路27包括型號為AD834的第二乘法器U4d、型號為0P07的第五運算放大器Uld、型號為0P07的第六運算放大器U2d和型號為0P07的第七運算放大器U3d，第二乘法器U4d的第五引腳通過第十四電阻R14d與第七運算放大器U3d的第三引腳連接，第二乘法器U4d的第四引腳通過第十八電阻RlSd與第七運算放大器U3d的第二引腳連接，第七運算放大器U3d的第六引腳通過第十七電阻R17d與第六運算放大器U2d的第二引腳連接，第六運算放大器U2d的第六引腳通過第七電阻R7d與第三二極體Dld的負極連接，第三二極體Dld的正極與放電功率電路4連接，第五運算放大器Uld的第二引腳與第六引腳連接，第五運算放大器Uld的第六引腳通過第五電阻R4d與放電功率電路4連接。本發明的工作原理
CPU控制模塊
(PU控制模塊以單片機為核心處理元件，主要功能有(I)獲取測試數據進行處理計算，將測試關鍵量保存到EEPROM中，並根據處理結果對設備進行控制。(2)將測試關鍵量上傳到上位機進行實時監控，並根據上位機的指令對設備進行控制。具體實現單片機通過SPI總線隔離接口與放電控制模塊的電壓A/D採集模塊、 放電電流A/D採集模塊及放電控制D/A模塊相連，通過SPI總線隔離接口與充電控制模塊的充電電流A/D採集模塊、充電控制D/A模塊相連，獲取設備通道的電池電壓、充電電流、放電電流等信息，並對充放電環節進行精確控制，以實現指定的電流電壓對電池充放電。通過 SPI總線隔離接口對充電的功率電源進行控制。通過CAN總線與單體電壓採集模塊、溫度採集單元模塊聯接，獲取通道單節電池的電壓、溫度等信息；通過I2C總線讀取設備的實時時鐘信息。這些數據對於電池充放電控制的精確性、安全性是至關重要的。通過RS485、乙太網，CPU將測試中的實時數據上傳到上位機，並執行上位機下發的各種指令。3.2充電控制模塊
充電控制模塊的功能(I)採集充電電流，並通過SPI將數據傳給單片機。(2)單片機通過SPI控制充電D/A模塊，充電D/A有三路，充電電流D/A、充電電壓D/A、充電功率D/A， 分別對應恆流電路的電流設定值、恆壓電路的電壓設定值、恆功率電路的功率設定值。(3) 充電D/A、充電電流和電池組電壓輸入到充電控制電路，充電控制電路的輸出經過繼電器， 連接到充電功率電路模塊，完成以指定的電流對電池充電。充電控制電路見圖5，具體實現
恆流充電控制電路是由運算放大器U2構成的電壓跟隨電路，U2的輸入是單片機控制的充電電流D/A信號，U2的輸出經過電阻R8連接到公共輸出端，公共輸出端通過電阻R2接地。恆壓充電控制電路，由運算放大器U1、電容El構成的積分電路組成，充電電壓D/ A接到Ul的同相輸入端，反饋回來的電池電壓信號輸入到Ul的反相輸入端，Ul的輸出經過電阻R4和二極體Dl連接到公共輸出端。恆功率充電控制電路，由運算放大器U3、電容E2構成的積分電路組成，充電功率 D/A接到U3的同相輸入端，反饋回來的電流信號與電池電壓信號經過硬體乘法器U5、差分放大器U4，輸入到U3的反相輸入端，U3的輸出經過電阻R9和二極體D2連接到公共輸出端。公共輸出端的電壓是U1、U2、U3的輸出電壓綜合作用的結果，U2的輸出在充電過程中始終起作用，U1、U3的輸出則通過D1、D2的開啟和關閉實現與公共輸出端的連接和斷開。若設備工作在恆流充電模式，此模式下，電池組的電壓低於恆壓設定值，充電功率低於恆功率設定值，Ul、U3的輸出達到飽和，而飽和值高於U2的輸出電壓，則Dl、D2關斷，控制電路只有恆流電路起作用，充電功率電路只受電流D/A的控制。單片機將充電電流採樣值與充電電流的設定值作比較，如果採樣值比設定值小，則增加電流D/A;反之，則減小電流D/A。若設備工作在恆壓充電模式，在恆壓模式下，Dl處於開啟狀態，D2的狀態取決於恆功率的設定值，控制電路由恆流、恆壓、恆功率的綜合作用。若電池組電壓達到恆壓設定值，則恆壓電路起主要作用。若充電電壓D/A與反饋電壓相等，則Ul的輸出維持不變；若充電電壓D/A小於反饋電壓，則Ul的淨輸入為負，Ul的輸出電壓將減小，公共輸出端的電壓也隨之減小，充電功率電路的電流相應減小，電池電壓降低；反之，若充電電壓D/A大於反饋電壓，則Ul的淨輸入為正，Ul的輸出電壓將增大，電池電壓升高。通過上述的反饋原理， 將電池電壓維持設定值的水平，達到恆壓的效果。若設備工作在恆功率充電模式，在此模式下，電池組電壓低於恆壓設定值，Dl處於關閉狀態，D2開啟，控制電路由恆流、恆功率的綜合作用。若電池組電壓達到恆功率設定值， 則恆功率電路起主要作用。若充電功率D/A與反饋功率信號相等，則U3的輸出維持不變; 若充電功率D/A小於反饋功率信號，則U3的淨輸入為負，U3的輸出電壓將減小，公共輸出端的電壓也隨之減小，充電功率下降；反之，若充電功率D/A大於反饋功率信號，則U3的淨輸入為正，U3的輸出電壓將增大，充電功率提高。通過上述原理，將充電功率維持在設定值的水平，起到恆功率的作用。3.3放電控制模塊
放電控制模塊的功能(I)採集放電電流、電池組電壓，並通過SPI將數據傳給單片機。
(2)單片機通過SPI控制放電D/A，放電D/A有兩路，放電電流D/A、放電功率D/A，分別對應恆流控制電路的電流設定值、恆功率控制電路的功率設定值。(3)放電D/A、放電電流、電池組電壓輸入到放電控制電路，產生的輸出經過繼電器，最終到達放電功率電路模塊，使設備以指定的電流放電。放電控制電路見圖6，具體實現
恆流放電控制電路是由運算放大器Uld構成的電壓跟隨電路，Uld的輸入是單片機控制的放電電流D/A信號，Uld的輸出經過電阻R4d連接到公共輸出端，公共輸出端通過電阻 R2d接地。恆功率放電控制電路，由運算放大器U2d、電容Eld構成的積分電路組成，放電功率D/A接到U2d的同相輸入端，反饋回來的放電電流信號與電池電壓信號經過硬體乘法器 Md、差分放大器U3d，輸入到U2d的反相輸入端，U2d的輸出經過電阻R7d和二極體Dld連接到公共輸出端。公共輸出端的電壓是Uld、U2d的輸出電壓綜合作用的結果，Uld的輸出在放電過程中始終起作用，U2d的輸出則通過Dld的開啟和關閉實現與公共輸出端的連接和斷開。若設備工作在恆流放電模式，此模式下放電功率低於恆功率設定值，U2d的輸出達到飽和，而飽和值高於Uld的輸出電壓，則Dld關斷，控制電路只有恆流電路起作用，放電功率電路只受放電電流D/A的控制。單片機將放電電流採樣值與放電電流的設定值作比較， 如果採樣值比設定值小，則增加放電電流D/A ;反之，則減小放電電流D/A。若設備工作在恆功率放電模式，在此模式下Dld處於開啟狀態，控制電路由恆流、 恆功率的綜合作用。若放電功率達到恆功率設定值，則恆功率電路起主要作用。若放電功率D/A與反饋功率信號相等，則U2d的輸出維持不變；若放電功率D/A小於反饋功率信號，則 U2d的淨輸入為負，U2d的輸出電壓將減小,公共輸出端的電壓也隨之減小,放電功率下降； 反之，若充電功率D/A大於反饋功率信號，則U2d的淨輸入為正，U2d的輸出電壓將增大，放電功率提高。通過上述原理，將放電功率維持在設定值的水平，起到恆功率的作用。3. 6其他模塊
充放電功率電路模塊有充電和放電兩個迴路，分別受控於充電控制模塊、放電控制模塊，它的主要功能是用指定的電流對電池組進行充電和放電。單體電壓採集模塊、溫度採集模塊將採集的數據傳輸到單片機，以實現單體恆壓、單體過壓保護、單體欠壓保護、超溫保護等功能。
權利要求
1.一種高壓電池組測試系統，包括CPU模塊、放電控制模塊、充電控制模塊、放電功率電路、充電功率電路、功率電源和單體電壓採集模塊，電池組通過單體電壓採集模塊與所述的CPU模塊連接，電池組與放電功率電路連接，電池組與充電功率電路連接，CPU模塊通過功率電源與充電功率電路連接，所述的放電功率電路與所述的放電控制模塊連接，所述的充電功率電路與所述的充電控制模塊連接，放電控制模塊與CPU模塊連接，充電控制模塊與所述的CPU模塊連接。
2.根據權利要求I所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的CPU模塊與上位機連接。
3.根據權利要求2所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的CPU模塊與溫度採集模塊連接。
4.根據權利要求3所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的CPU模塊通過充電隔離接口與充電控制模塊連接，所述的CPU模塊通過放電隔離接口與放電控制模塊連接，所述的CPU模塊通過功率電源隔離接口與功率電源連接，單體電壓採集模塊通過CAN收發器與CPU模塊連接，溫度採集模塊通過所述的CAN收發器與CPU模塊連接，所述的CPU模塊通過485模塊或乙太網控制器與上位機連接，所述的CPU模塊連接設置有實時時鐘，所述的CPU模塊連接設置有EEPR0M，所述的CPU模塊連接設置有開關量輸入模塊，所述的CPU模塊連接設置有控制開關。
5.根據權利要求4所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的充電控制模塊包括充電電流A/D採集模塊、充電控制D/A模塊和充電控制電路，充電功率電路通過充電電流A/D採集模塊與充電隔離接口連接，充電功率電路與充電控制電路連接，充電隔離接口通過充電控制D/A模塊與充電控制電路連接。
6.根據權利要求5所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的放電控制模塊包括電壓A/D採集模塊、放電電流A/D採集模塊、放電控制D/A模塊、放電控制電路、保護電路，放電功率電路通過電壓A/D採集模塊與放電隔離接口連接，放電功率電路通過放電電流A/D採集模塊與放電隔離接口連接，放電功率電路與放電控制電路連接，放電功率電路與保護電路連接，放電隔離接口通過放電控制D/A模塊與放電控制電路連接。
7.根據權利要求6所述的一種高壓電池組測試系統，其特徵在於所述的充電控制電路包括型號為AD834的第一乘法器、型號為0P07的第一運算放大器、型號為0P07的第二運算放大器、型號為0P07的第三運算放大器和型號為0P07的第四運算放大器，第一乘法器的第五引腳通過第二十電阻與第四運算放大器的第三引腳連接，第一乘法器的第四引腳通過第二十四電阻與第四運算放大器的第二引腳連接，第四運算放大器的第六引腳通過第二十三電阻與第三運算放大器的第二引腳連接，第三運算放大器的第二引腳與第六引腳之間設置有第二電容，第三運算放大器的第六引腳通過第九電阻與第二二極體的負極連接，第二二極體的正極接充電功率電路，第二運算放大器的第二引腳與第六引腳連接，第二運算放大器的第六引腳通過第八電阻接充電功率電路，第一運算放大器的第二引腳通過第一電容與第一運算放大器的第六引腳連接，第一運算放大器的第六引腳與第一二極體的負極連接， 第一二極體的正極通過第四電阻接充電功率電路；所述的放電控制電路包括型號為AD834的第二乘法器、型號為0P07的第五運算放大器、型號為0P07的第六運算放大器和型號為0P07的第七運算放大器，第二乘法器的第五引腳通過第十四電阻與第七運算放大器的第三引腳連接，第二乘法器的第四引腳通過第十八電阻與第七運算放大器的第二引腳連接，第七運算放大器的第六引腳通過第十七電阻與第六運算放大器的第二引腳連接，第六運算放大器的第六引腳通過第七電阻與第三二極體的負極連接，第三二極體的正極與放電功率電路連接，第五運算放大器的第二引腳與第六引腳連接，第五運算放大器的第六引腳通過第五電阻與放電功率電路連接。
全文摘要
本發明公開了一種高壓電池組測試系統，包括CPU模塊、放電控制模塊、充電控制模塊、放電功率電路、充電功率電路、功率電源和單體電壓採集模塊，電池組通過單體電壓採集模塊與CPU模塊連接，電池組與放電功率電路連接，電池組與充電功率電路連接，CPU模塊通過功率電源與充電功率電路連接，放電功率電路與放電控制模塊連接，充電功率電路與充電控制模塊連接，放電控制模塊與CPU模塊連接，充電控制模塊與CPU模塊連接，其優點是本系統是以單片機為核心處理元件，通過採集電池組的單體電壓、總電壓、溫度、充電電流、放電電流等信息，計算電池組的充放電時間、容量、能量等，並通過乙太網、RS485總線將數據發送到上位機。
文檔編號G01R31/36GK102590758SQ20121003778
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者劉存霖, 孫良武, 李小華, 熊宗保, 肖軍 申請人:寧波拜特測控技術有限公司